楊香濤

摘要：以化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為出發(fā)點，在“化學(xué)反應(yīng)速率”教學(xué)中，通過化學(xué)反應(yīng)速率的概念引入、實驗探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素及化學(xué)反應(yīng)速率的應(yīng)用等方面來培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，包括化學(xué)學(xué)科知識素養(yǎng)、化學(xué)信息素養(yǎng)、化學(xué)能力素養(yǎng)、化學(xué)思維素養(yǎng)及人文素養(yǎng)等。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng)；化學(xué)反應(yīng)速率；類比思維；變量控制

文章編號：1008-0546（2017）01-0046-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.015

2014年3月30日，教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》，明確界定學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，綜合表現(xiàn)為9大素養(yǎng)——社會責(zé)任、國家認(rèn)同、國際理解、人文底蘊、科學(xué)精神、審美情趣、身心健康、學(xué)會學(xué)習(xí)、實踐創(chuàng)新。[1]就化學(xué)學(xué)科而言，學(xué)生應(yīng)該具備哪些核心素養(yǎng)呢？2016年江蘇省普通高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平測試（選修科目）說明明確指出——化學(xué)科江蘇卷以考查學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)科能力為主旨，以《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》所要求的基本思想、基本方法、基礎(chǔ)知識和基本技能等為主要考查內(nèi)容，重點考查考生的信息獲取與加工、化學(xué)實驗探究、從化學(xué)視角分析解決問題和化學(xué)思維等能力，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)及其發(fā)展過程，認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系，初步形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，初步樹立和諧、可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀，以促進(jìn)學(xué)生在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面的全面發(fā)展。[2]綜上所述，我們認(rèn)為學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)主要有——化學(xué)學(xué)科知識素養(yǎng)、化學(xué)信息素養(yǎng)、化學(xué)能力素養(yǎng)、化學(xué)思維素養(yǎng)及人文素養(yǎng)等。

一、教學(xué)內(nèi)容分析和設(shè)計思路

關(guān)于《化學(xué)2》（蘇教版）中的“化學(xué)反應(yīng)速率”，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（實驗）的要求是“通過實驗認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的速率，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用” 。[3]而《化學(xué)反應(yīng)原理》（蘇教版）中的“化學(xué)反應(yīng)速率”，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求是“知道化學(xué)反應(yīng)速率的定量表示方法，通過實驗測定某些化學(xué)反應(yīng)的速率。認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用” 。[4]綜上所知，在不同的學(xué)習(xí)階段對同一知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)要求是不相同的，這完全符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的一般規(guī)律。

本節(jié)課為《化學(xué)2》中的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教學(xué)中不能突破“通過實驗認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的速率，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用”這一基本要求?；谶@一要求，本節(jié)課從物理上宏觀物體的運動入手引入化學(xué)反應(yīng)速率概念，通過情境創(chuàng)設(shè)、小組討論，將知識融入類比、猜想、歸納的過程中，通過化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的方案設(shè)計、實驗探究，讓學(xué)生了解變量控制的科學(xué)思維，認(rèn)識質(zhì)變量變的哲學(xué)思想，掌握化學(xué)實驗的基本操作，提髙分析與解決實際問題的能力。

二、教學(xué)目標(biāo)

通過與物理上速率概念的類比以及對化學(xué)有關(guān)的社會、生活現(xiàn)象分析，能描述化學(xué)反應(yīng)速率的概念，知道化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法和單位，并能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率的簡單計算。

通過設(shè)計實驗方案和實驗探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，知道控制變量對實驗結(jié)果的影響。

通過工業(yè)上接觸法制備硫酸及合成氨的反應(yīng)過程和條件分析，認(rèn)識調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率在科研、生產(chǎn)生活中的作用，領(lǐng)會實際工業(yè)中的多變量控制法。

三、教學(xué)實錄

1. 情境導(dǎo)入

[圖片展示]蝸牛爬行與動車的運行。

[師]通過蝸牛爬行與動車運行的對比，你能感受到什么？

[生]宏觀物體的運動有快有慢。

[圖片展示]自然界中煤的形成，爆炸反應(yīng)。

[視頻播放]生活中的定向爆破。

[師]從圖片和視頻中你能感受到什么？

[生]化學(xué)反應(yīng)同樣有快有慢。

[實驗演示]分別將等量的塊狀和粉末狀大理石同時加入到等體積、等濃度的稀鹽酸中。

[生]塊狀大理石與鹽酸的反應(yīng)慢，粉末狀大理石與鹽酸的反應(yīng)快。

設(shè)計意圖：借助蝸牛爬行與動車運行的對比，讓學(xué)生體會宏觀物體運動的快慢，同時通過圖片的展示、視頻的播放及實驗演示讓學(xué)生切身體驗化學(xué)反應(yīng)同樣有快有慢，這樣由熟悉的知識引向未知的知識，使學(xué)生在心理上自然而然地產(chǎn)生了學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率這一新知的欲望。

2. “化學(xué)反應(yīng)速率”的概念教學(xué)

[圖片展示]中國飛人劉翔曾以12.88秒打破110米欄的世界紀(jì)錄。

[師]請計算一下劉翔跨欄的速率？

[生1]用單位時間內(nèi)反應(yīng)能量的變化量來表示。

[生2]用單位時間內(nèi)CaCO3固體質(zhì)量的減少來表示。

[生3]用單位時間內(nèi)CO2氣體體積的增加來表示。

[生4]用單位時間內(nèi)CaCO3固體物質(zhì)的量減少或CO2氣體物質(zhì)的量增加來表示。

[追問]有沒有其他補充？

[生5]用單位時間內(nèi)鹽酸物質(zhì)的量濃度減少或CaCl2物質(zhì)的量濃度增加來表示。

[過渡]上面我們僅僅定性地描述了化學(xué)反應(yīng)速率的概念，下面我們從定量計算的角度來領(lǐng)會一下化學(xué)反應(yīng)速率。

[生]v（HCl）=0.5 mol·（L·min）-1。

[師]如果用CaCl2來表示該反應(yīng)的速率，其數(shù)值是多少呢？是0.5 mol·（L·min）-1，還是0.25 mol·（L·min）-1，或是1 mol·（L·min）-1？下面還是請同學(xué)們自己來算一算。

[PPT投影]當(dāng)CaCl2的濃度由0增加到0.25mol·L-1時，若用CaCl2的濃度變化來表示此反應(yīng)的速率是多少？

[生]v（CaCl2）=0.25 mol·（L·min）-1。

[小結(jié)]從上面的計算我們可以看出，用不同物質(zhì)表示同一個化學(xué)反應(yīng)，其數(shù)值不同，但意義相同，在運用化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行計算時，我們應(yīng)注意以下幾點：（1） 必須指明表示化學(xué)反應(yīng)速率的具體物質(zhì)。（2）化學(xué)反應(yīng)速率是單位時間內(nèi)物質(zhì)的量濃度變化量，取正值。（3）對固體或純液體來說，其濃度可視為常數(shù)，因此不用固體或純液體表示化學(xué)反應(yīng)速率。

設(shè)計意圖：由我國飛人劉翔的110米跨欄引入物理上速率的概念，采用類比的思維方法，與物理上的速率概念進(jìn)行對比，讓學(xué)生自我描述化學(xué)反應(yīng)速率的概念，在不斷地思辨中領(lǐng)會化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)涵，這樣的處理不但開拓了學(xué)生的視野，而且也加深了學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率的理解。同時將定性分析和定量計算相結(jié)合，讓學(xué)生能具體體會化學(xué)反應(yīng)速率的大小，以促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率的理解和運用。

3. “化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的探究”教學(xué)

[圖片展示]鐵橋的生銹、工業(yè)合成氨和食物的腐敗。

[師]上述哪些反應(yīng)需要加快，哪些反應(yīng)需要減慢？

[生]鐵橋的生銹和食物的腐敗需要減慢，工業(yè)合成氨需要加快。

[師]在實際生產(chǎn)生活中我們要加快或減慢有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率，就要了解控制化學(xué)反應(yīng)速率的方法，知道影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。

[實驗演示]將一小塊鈉塊和一小片鎂條分別投入到盛有水并滴加了酚酞溶液的燒杯中。

[師]請同學(xué)仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，并做出解釋。

[生]鈉與水劇烈反應(yīng)，溶液很快變成紅色，而投入鎂條的燒杯中溶液無明顯變化。因為鈉的金屬活動性比鎂強(qiáng)。

[師]是的，在化學(xué)上影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素是物質(zhì)自身的性質(zhì)——內(nèi)因，而當(dāng)參與反應(yīng)的物質(zhì)確定后，外界條件——外因就成了影響化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素。

[實驗設(shè)計與探究]現(xiàn)有5%、12%的過氧化氫溶液、MnO2粉末、熱水浴、燒杯、試管、藥匙等用品，請設(shè)計實驗方案探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的外部因素。

[學(xué)生活動]小組討論實驗方案的設(shè)計并依據(jù)方案完成實驗。

[生1]將分別盛有少量5%、12%過氧化氫溶液的二支試管同時放入到熱水浴中，探究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，濃度大反應(yīng)速率快。

[生2]將分別盛有12%過氧化氫溶液的二支試管中的一支放入到熱水浴中，探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，溫度高反應(yīng)速率快。

[生3]向分別盛有少量5%過氧化氫溶液的二支試管中的一支中加入少量的MnO2粉末，探究催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，催化劑能明顯加快反應(yīng)速率。

[追問]有沒有其他補充？

[生4]上課一開始老師的演示實驗說明反應(yīng)物顆粒的大小會影響化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)物的顆粒越小，反應(yīng)物接觸面越大，反應(yīng)速率越快。

[生5]有氣體參與的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)體系的壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快。

[師]另外光、電、波、溶劑的性質(zhì)等都會對化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。實際上，上面我們在探究化學(xué)反應(yīng)速率的外部影響因素時，一定要強(qiáng)調(diào)在其他條件不變的情況下濃度、溫度、催化劑、壓強(qiáng)等對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，也就是我們化學(xué)上常用單變量控制法。

[PPT投影]化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素小結(jié)。

設(shè)計意圖：通過鈉塊和鎂條分別與水反應(yīng)的對比實驗，幫助學(xué)生理解物質(zhì)自身的性質(zhì)才是影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素，通過影響化學(xué)反應(yīng)速率外部因素的實驗方案設(shè)計和實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力、實驗觀察能力及實驗探究能力，使學(xué)生了解變量控制法在化學(xué)科學(xué)研究中的意義，體驗科學(xué)探究的有關(guān)思路和一般方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神。同時，注意到了教學(xué)環(huán)節(jié)上的前后呼應(yīng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生對影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的認(rèn)識。

4. “化學(xué)反應(yīng)速率在科學(xué)研究和生產(chǎn)生活中的應(yīng)用”教學(xué)

[過渡]化學(xué)反應(yīng)速率在科學(xué)研究和生產(chǎn)生活中的應(yīng)用非常廣泛，下面我們就一起來領(lǐng)略一下。

[PPT投影]1.在研究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素時，若要加快鎂條與稀硫酸反應(yīng)制備氫氣的反應(yīng)速率，你可以有哪些方法？

[生1]加熱以加快反應(yīng)速率。

[生2]將鎂條換成鎂粉以加快反應(yīng)速率。

[生3]適當(dāng)增大硫酸的濃度以加快反應(yīng)速率。

[追問]能否將稀硫酸直接替換為濃硫酸？

[生]不能。因為濃硫酸與鎂反應(yīng)生成了SO2而不是H2，不符合題意。

[師]很好，實際上本題體現(xiàn)了哲學(xué)上量變會引起質(zhì)變的思想。

[PPT投影]2.下列在生活中與化學(xué)反應(yīng)速率相關(guān)的問題與哪些因素有關(guān)？

（1）將食品置于低溫條件下，常常可以保存更長的時間。

（2）加酶洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉要強(qiáng)得多。

（3）向爐膛鼓風(fēng)，爐子中火就會越燒越旺。

[生]分別是溫度、催化劑和濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

[PPT投影]3.工業(yè)制備硫酸生產(chǎn)過程中哪些措施可以加快反應(yīng)速率？

[生1]沸騰爐中對硫鐵礦進(jìn)行粉碎及硫鐵礦與空氣的對流操作是加快反應(yīng)速率的措施。接觸室中催化劑及熱交換器的使用是加快反應(yīng)速率的措施。吸收塔中的濃硫酸與氣體之間的逆流操作是加快反應(yīng)速率的措施。

[PPT投影]工業(yè)上一般采取哪些措施加快合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率？

[生2]高溫、高壓、催化劑。

[小結(jié)]在實際工業(yè)生產(chǎn)中對化學(xué)反應(yīng)速率的影響一般并不是單一變量因素控制，而是進(jìn)行多變量因素同時控制，以達(dá)到生產(chǎn)效益的最大化。

設(shè)計意圖：通過相關(guān)習(xí)題的設(shè)置讓學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)速率在科學(xué)研究、生活生產(chǎn)中的具體運用，加深對化學(xué)反應(yīng)速率的理解，充分認(rèn)識變量控制法在化學(xué)研究中的作用，知道在實際工業(yè)生產(chǎn)中一般不是采用單一變量控制，而是多變量控制，以培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維。

5. “研究化學(xué)反應(yīng)速率的科學(xué)家簡介”教學(xué)

[設(shè)問]同學(xué)們說今天我們學(xué)習(xí)的知識是不是很簡單？

[生]的確很簡單。

[師]這簡單背后實際上隱含了不簡單。之所以我們今天覺得學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容很簡單，是因為我們站在巨人們肩膀上的緣故，很多科學(xué)巨匠為此付出了艱苦的努力。下面我們來介紹兩位對化學(xué)反應(yīng)速率的研究有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。

[PPT投影]奧斯特瓦爾德出生于拉脫維亞的德國籍物理化學(xué)家。1909年因其在催化劑的作用、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率方面的研究的突出貢獻(xiàn)，被授予諾貝爾化學(xué)獎。

弗里茨·哈伯為德國化學(xué)家，1909年成為第一個制造出氨氣的科學(xué)家，并獲得1918年諾貝爾化學(xué)獎。但一戰(zhàn)中，哈伯負(fù)責(zé)研制、生產(chǎn)氯氣等毒氣，并使用于戰(zhàn)爭之中，造成近百萬人傷亡，遭到了美、英、法、中等國科學(xué)家們的譴責(zé)。

[師]同學(xué)們，學(xué)習(xí)化學(xué)的關(guān)鍵不在于你今天學(xué)到了多少知識，會做多少道題目，而在于你在學(xué)習(xí)中領(lǐng)悟到多少化學(xué)原理和思想，你的化學(xué)素養(yǎng)有多大的提升。同時老師建議你們將來走上社會，不管從事什么行業(yè)，都要有一顆善良的心，多做一些有益于社會的事，而不能像哈伯那樣被人們所唾棄和譴責(zé)。

設(shè)計意圖：通過簡短的展示與介紹，讓學(xué)生在觀看和傾聽中感受科學(xué)家研究成果的偉大，體會科學(xué)家對社會發(fā)展的貢獻(xiàn)，同時也讓學(xué)生認(rèn)識到，只有有益于社會、為人類進(jìn)步做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家才更值得人們尊重，以幫助學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀。

四、教學(xué)反思

（1）本節(jié)課運用類比思維進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率的教學(xué)，收到了很好的效果?；瘜W(xué)反應(yīng)速率作為一個重要的理論知識，是一個難以理解的概念，本節(jié)課巧用類比的思維方法，與物理上的速率概念進(jìn)行對比，從而引入化學(xué)上反應(yīng)速率的概念，由能量、質(zhì)量、體積、物質(zhì)的量和物質(zhì)的量濃度等變化量的層層推進(jìn)，最后歸結(jié)到物質(zhì)的量濃度這一宏觀與微觀相結(jié)合的橋梁上來，使學(xué)生在類比和演繹中理解了化學(xué)反應(yīng)速率。

（2）本節(jié)課運用控制變量法進(jìn)行實驗設(shè)計和探究，培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)科學(xué)思維。對于化學(xué)科學(xué)研究來說，變量控制法是常用的研究方法，本節(jié)課運用變量控制法探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，使學(xué)生不僅學(xué)會了實驗設(shè)計的方法、實驗操作的程序，還學(xué)會了變量控制法這一化學(xué)科學(xué)研究方法，對今后的學(xué)習(xí)大有禆益。

（3）本節(jié)課習(xí)題的設(shè)置遵循了科研—生活—生產(chǎn)這一主線，層次分明，更為重要的是在分析化學(xué)反應(yīng)速率在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用時，既凸顯了控制變量的思想，又由單一變量控制引向多變量控制，使學(xué)生的發(fā)散性思維得到了進(jìn)一步提升，真正培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

（4）本節(jié)課對學(xué)生情感態(tài)度與價值觀的教育隱含到教學(xué)的諸多環(huán)節(jié)中。 如在化學(xué)反應(yīng)速率概念教學(xué)中運用的類比思維， 在濃硫酸與鎂反應(yīng)的問題解決中體現(xiàn)的量變引起質(zhì)變的思想， 在化學(xué)科學(xué)研究及生產(chǎn)生活的問題解決中體現(xiàn)的變量控制思想， 在介紹化學(xué)家時體現(xiàn)的人文思想等， 讓學(xué)生在不知不覺中樹立了正確的人生觀、 世界觀和價值觀及對待科學(xué)的正確態(tài)度。

參考文獻(xiàn)

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[2] 2016年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試（選修科目）說明——物理 化學(xué) 生物[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2015：32

[3] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003：13

[4] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003：24-25